Elucidation of temperature- humidity dependence of photo-aging mechanisms for polymeric coatings on building use and accompanying macroscopic properties change

阐明聚合物涂层光老化机制对建筑用途的温度-湿度依赖性以及伴随的宏观性能变化

• 批准号: 19J20126
• 负责人: 石田 崇人
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J20126/
• 关键词: マルチスケール劣化解析; 光劣化; 反応kineticモデル; 自動酸化反応; 内部構造変化; ケモインフォマティクス; 光劣化・紫外線劣化; 高分子材料; 数理物理; 劣化メカニズム; 材料長寿命化; 材料評価; PALS(陽電子消滅)

本年度は，当該研究課題の最終年度にあたる．前年度に引き続き，自作紫外線照射装置を用い建材用高分子クリア塗膜(モデル試料)を対象に劣化サンプルを作成し，化学構造レベルのミクロスケールから要求性能などマクロスケールにわたる横断的な劣化の分析「マルチスケール劣化解析」を実施した．本年度の主な成果は，ミクロな劣化反応機構を全て列挙した上で支配方程式を解く劣化反応kineticモデルを構築し，Progress in Organic Coatings誌に掲載された．当該の成果は北海道大学・産業技術総合研究所・パリ国立工芸学校ENSAMの3者国際協同研究として実施された．高分子材料が劣化する上で最も重要な劣化の化学反応である酸化劣化反応のkineticsを支配する反応速度論的方程式の誘導を行い，そのモデルを用いた酸化劣化の進行状況予測の妥当性検証を多角的なキャラクタリゼーションを通じて行った．2021年度までに本研究課題に取り組んできた結果として，光劣化におけるミクロ・メソスケールにおける劣化予測モデルの構築を達成し，マクロな物性変化とも半定量的に比較可能な予測精度・スケール横断の可能性を見ることができた点において，2019年度から現在まで当研究課題は非常に順調に成果が得られたと言える．今後の課題としては，工業用途で実際に用いられている材料にこれまでの知見を適用するためには，コンポジット化された材料へのさらなる理解や添加剤等の影響に関してさらなる議論が必要であると思われるが，それらの課題は今後さらなる検討を重なる価値と社会的意義があるものであると考える．

This year is the final year of the research project. In the past year, the polymer coating film for building materials (sample) was prepared for use as a self-made ultraviolet irradiation device. The chemical structure of the polymer coating film was analyzed. This year's main achievements are disclosed in the Progress in Organic Coatings Journal. The results were implemented by the International Collaborative Research Institute of ENSAM, Hokkaido University, National Institute of Industrial Technology, and the National Institute of Industrial Technology. The chemical reaction of degradation of polymer materials is the most important. The kinetics of acidification degradation is dominated by the equation of reaction velocity theory. The results of this research project in 2021 are as follows: Photodegradation prediction and construction are achieved, physical properties are changed, semi-quantitative comparison is possible, prediction accuracy is possible, cross section is possible, 2019 is now the research topic is very orderly adjusted, results are obtained. The future of the subject is to be discussed in the light of the practical application of the material, the understanding of the influence of the additive, etc., and the significance of the future to society.

项目成果

Intrinsic Differences on the Photodegradation Mechanisms between Pigmented and Non-pigmented Coatings Determined by Multi-scale Analysis

通过多尺度分析确定着色和非着色涂料光降解机制的本质差异

• 发表时间: 2020
• 期刊: Proceedings of 15th International Conference on Durability of Building Materials and Components
• 作者: 3.Takato Ishida;Ryoma Kitagaki;Hideaki Hagihara;Yogarajah Elakneswaran
• 通讯作者: Yogarajah Elakneswaran

Theoretical study of structural alteration by UV irradiation in acrylic-urethane coatings and relationship between significant structural change and degelation behavior

丙烯酸聚氨酯涂料中紫外线照射结构变化的理论研究以及显着结构变化与脱胶行为之间的关系

• 发表时间: 2019
• 作者: Takato Ishida;Ryoma Kitagaki;Hideaki Hagihara
• 通讯作者: Hideaki Hagihara

陽電子消滅寿命測定による塗膜樹脂の自由体積空隙サイズ評価と劣化解析

通过正电子湮灭寿命测量评估涂层树脂的自由体积孔径和劣化分析

• 发表时间: 2020
• 期刊: 塗装工学，日本塗装技術協会, 55(12), 488, 2020.
• 作者: 石田崇人;北垣亮馬;萩原英昭
• 通讯作者: 萩原英昭

Role of moisture in photo-ageing -macromolecular architecture evolution of acrylic-urethane network

水分在光老化中的作用-丙烯酸-聚氨酯网络的大分子结构演化

• DOI: 10.1016/j.polymertesting.2021.107123
• 发表时间: 2021
• 期刊: Polymer Testing
• 影响因子: 5.1
• 作者: Ishida Takato;Kitagaki Ryoma;Hagihara Hideaki;Elakneswaran Yogarajah
• 通讯作者: Elakneswaran Yogarajah

Thermal aging of acrylic-urethane network: Kinetic modeling and end-of-life criteria combined with mechanical properties

• DOI: 10.1016/j.porgcoat.2021.106654
• 发表时间: 2022-02
• 期刊: Progress in Organic Coatings
• 影响因子: 6.6
• 作者: Takato Ishida;E. Richaud;M. Gervais;Alain Gaudy;R. Kitagaki;Hideaki Hagihara;Y. Elakneswaran